Концепція побудови електротехнічного комплексу моніторингу та регулювання режиму роботи біогазового реактора
DOI:
https://doi.org/10.31548/energiya1(83).2026.064Ключові слова:
заглибний поліфункціональний електромеханічний перетворювач, обертовий трансформатор, система безконтактної передачі енергії, моніторинг фізико-хімічних параметрівАнотація
Стаття присвячена підвищенню ефективності експлуатації існуючих біогазових установок шляхом впровадження електротехнічного комплексу на базі заглибного поліфункціонального електромеханічного перетворювача (ПЕМП). Мета дослідження – розробка концепції комплексу моніторингу та регулювання режиму роботи біогазового реактора. Комплекс поєднує активний термомеханічний й електромагнітний вплив на субстрат із розподіленим інтелектуальним моніторингом. Архітектура комплексу базується на синергетичній взаємодії двох функціональних підсистем: ПЕМП - виконавчий механізм, що розташовується безпосередньо у робочому об’ємі реактора та забезпечує одночасне перемішування, нагрівання, омагнічування субстрата, просторовий моніторинг температури, контроль частоти обертання та, при необхідності, інтенсивності магнітного поля в масиві зовнішнього ротора; пристрій для автоматичного контролю параметрів – вимірювальний модуль, що забезпечує періодичний високоточний контроль фізико-хімічних показників (pH, Redox, густина, вміст О2, NH3, H2 тощо) з функцією автоматичного обслуговування (очищення та калібрування) сенсорів. Це дозволяє перейти до комплексного керування бродінням, де теплові та механічні потоки формуються адаптивно до стану середовища. Для оцінки динамічних властивостей обертового трансформатора проведено серію вимірювань на експериментальному зразку при зміні частоти вхідного П-подібного сигналу. Встановлено, що найбільш збалансованими виявилися показники при 2 кГц: достатня індукована напруга та помірний короткозамкнений струм. Перспективами розвитку передбачено зв’язок оцінки стану процесу метаногенеза не тільки через вплив на субстрат через зміну режимних параметрів всередині біореактора, але й з умовами впливу на режим попередньої обробки сировини (насамперед лігнінвмісної).
Отримано 2025-12-01
Доопрацьовано 2026-01-21
Прийнято 2026-02-11
Посилання
1. Kaletnik, G. (2021). Production and use of biofuels: textbook. К.: Аgrarian Science.
2. Salminen, E., & Rintala, J. (2002). Anaerobic digestion of organic solid poultry slaughterhouse waste–a review. Bioresource technology, 83(1), 13-26. https://doi.org/10.1016/S0960-8524(01)00199-7
3. Kucheruk, P. P. (2009). Biohazovi ustanovky v silskomu hospodarstvi ta na stantsiiakh ochystky stichnykh vod [Biogas plants in agriculture and wastewater treatment plants]. Kyiv: ITTF NANU.
4. Feng, R., Li, J., Dong, T., & Li, X. (2016). Performance of a novel household solar heating thermostatic biogas system. Applied Thermal Engineering, 96, 519-526. https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2015.12.003
5. Josimović, L., Prvulović, S., Djordjević, L., Bicok, I., Bakator, M., Premčevski, V., ... & Šeljmeši, D. (2024). Enhancing biogas plant efficiency for the production of electrical and thermal energy. Applied Sciences, 14(13), 5858. https://doi.org/10.3390/app14135858
6. Aworanti, O. A., Ajani, A. O., Agbede, O. O., Agarry, S. E., Ogunkunle, O., Laseinde, O. T., Kalam, M. A., & Fattah, I. M. (2023). Enhancing and upgrading biogas and biomethane production in anaerobic digestion: a comprehensive review. Frontiers in Energy Research, 11, 1170133. https://doi.org/10.3389/fenrg.2023.1170133
7. Li, W., Guo, J., Cheng, H., Wang, W., & Dong, R. (2017). Two-phase anaerobic digestion of municipal solid wastes enhanced by hydrothermal pretreatment: Viability, performance and microbial community evaluation. Applied Energy, 189, 613-622. https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2016.12.101
8. Lima, D., Appleby, G., & Li, L. (2023). A scoping review of options for increasing biogas production from sewage sludge: Challenges and opportunities for enhancing energy self-sufficiency in wastewater treatment plants. Energies, 16(5), 2369. https://doi.org/10.3390/en16052369
9. Aboughaly, M., & Fattah, I. R. (2023). Environmental analysis, monitoring, and process control strategy for reduction of greenhouse gaseous emissions in thermochemical reactions. Atmosphere, 14(4), 655. https://doi.org/10.3390/atmos14040655
10. Singh, A., & Kumar, V. (2021). Recent developments in monitoring technology for anaerobic digesters: A focus on bio-electrochemical systems. Bioresource technology, 329, 124937. https://doi.org/10.1016/j.biortech.2021.124937
11. Zablodskiy, M., Spodoba, M., & Spodoba, O. (2022). Experimental investigation of energy consumption for the process of initial heating of a substrate for the use of electric heat-mechanical system. Electrical Engineering and Power Engineering, (1), 49-59. https://doi.org/10.15588/1607-6761-2022-1-5
12. Skibko, Z., Borusiewicz, A., Filipkowski, J., Pisarek, Ł., & Kuboń, M. (2025). Impact of Farm Biogas Plant Auxiliary Equipment on Electrical Power Quality. Energies, 18(14), 3849. https://doi.org/10.3390/en18143849
13. Kovalenko, V. L. (2020). Elektrofizychni metody pidvyshchennia efektyvnosti biohazovykh tekhnolohii [Electrophysical methods for improving the efficiency of biogas technologies] (Doctoral dissertation). Kyiv. https://www.ive.org.ua/wp-content/uploads/Диссертація_Коваленко-В.Л..pdf
14. Xu, Z. U., & JIANG, Q. (2019, August). Study of high frequency rotary transformer structures for contactless inductive power transfer. In 2019 22nd International Conference on Electrical Machines and Systems (ICEMS) (pp. 1-5). IEEE. https://doi.org/10.1109/ICEMS.2019.8921812
15. Xie, L., & Yuan, X. (2024, June). A High-Performance Phase-Shift Full-Bridge Converter with Rotary Transformer for the Field Excitation of Electric Machines. In 2024 International Symposium on Power Electronics, Electrical Drives, Automation and Motion (SPEEDAM) (pp. 734-741). IEEE. https://doi.org/10.1109/SPEEDAM61530.2024.10609172
16. Ditze, S., Endruschat, A., Schriefer, T., Rosskopf, A., & Heckel, T. (2016, May). Inductive power transfer system with a rotary transformer for contactless energy transfer on rotating applications. In 2016 IEEE International Symposium on Circuits and Systems (ISCAS) (pp. 1622-1625). IEEE. https://doi.org/10.1109/ISCAS.2016.7538876
17. Zablodskyi, M., & Babak, D. (2025). Simulation of fluid spraying processes in a device for automatic control of anaerobic fermentation process parameters in biogas reactors. Machinery & Energetics, 16(2), 58-69. https://doi.org/10.31548/machinery/2.2025.58
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2026 Енергетика і автоматика
Ця робота ліцензується відповідно до ліцензії Creative Commons Attribution-NonCommercial 4.0 International License.
Усі матеріали поширюються на умовах ліцензії Creative Commons Attribution 4.0 International Public License, що дозволяє іншим розповсюджувати рукопис із визнанням авторства роботи та першої публікації в цьому журналі.
